Цетановое число - Cetane number

Цетановое число ( цетановое число ) является показателем скорости сгорания дизельного топлива и степени сжатия, необходимой для воспламенения . Он играет такую ​​же роль для дизельного топлива, как и для бензина с октановым числом . КЧ является важным фактором при определении качества дизельного топлива, но не единственным; другие измерения качества дизельного топлива включают (но не ограничиваются ими) энергосодержание, плотность , смазывающую способность, хладотекучесть и содержание серы.

Определение

Цетановое число (или CN) из топлива определяется путем нахождения смеси цетанового и гептаметилнонан с той же задержкой зажигания. Цетановое число имеет цетановое число, равное 100, в то время как измеренное цетановое число изоцетана равно 15, заменяя бывший эталонный топливный альфа-метилнафталин , которому было присвоено цетановое число 0. Как только смесь известна, цетановое число рассчитывается как объем. - средневзвешенное значение с округлением до ближайшего целого числа цетана 100 и гептаметилнонана 15.

цетановое число =% н- ацетана + 0,15 (% гептаметилнонана)

Цетановое число является обратной функцией задержки воспламенения топлива, периода времени между началом воспламенения и первым определяемым повышением давления во время сгорания топлива. В конкретном дизельном двигателе топлива с более высоким цетановым числом будут иметь более короткие периоды задержки воспламенения, чем топлива с более низким цетановым числом. Цетановое число используется только для относительно легких дистиллятных дизельных масел. Для тяжелого (остаточного) мазута используются две другие шкалы, CCAI и CII .

Типичные значения

Как правило, дизельные двигатели хорошо работают с CN от 48 до 50. Топливо с более низким цетановым числом имеет более длительную задержку воспламенения, что требует больше времени для завершения процесса сгорания топлива. Следовательно, более высокоскоростные дизельные двигатели работают более эффективно с топливом с более высоким цетановым числом.

В Европе цетановое число дизельного топлива было установлено на минимальном уровне 38 в 1994 году и 40 в 2000 году. Текущий стандарт для дизельного топлива, продаваемого в Европейском союзе , Исландии , Норвегии и Швейцарии , установлен в EN 590 с минимальным цетановым индексом 46 и минимальное цетановое число 51. Дизельное топливо высшего качества может иметь цетановое число до 60.

В Финляндии дизельное топливо премиум-класса, продаваемое сетями АЗС St1 (Diesel Plus), Shell (содержащее GTL) и ABC (Smart Diesel), имеет минимальное цетановое число 60 при стандартном значении 63. Neste MY Renewable Diesel продается в Финляндии имеет минимальное цетановое число 70.

В Северной Америке большинство штатов применяют ASTM D975 в качестве стандарта для дизельного топлива, и минимальное цетановое число установлено на 40, с типичными значениями в диапазоне 42-45. Дизельное топливо высшего качества может иметь или не иметь более высокое цетановое число в зависимости от поставщика. В дизельном топливе премиум-класса часто используются присадки для улучшения CN и смазывающей способности , моющие средства для очистки топливных форсунок и минимизации отложений углерода , водные диспергаторы и другие присадки в зависимости от географических и сезонных потребностей. В калифорнийском дизельном топливе минимальное цетановое число составляет 53. Ниже техасского низкого уровня Программа по выбросам дизельного топлива (TxLED) насчитывает 110 округов, где дизельное топливо должно иметь цетановое число 48 или выше, либо должно использовать утвержденный альтернативный состав или соответствовать установленным альтернативным ограничениям.

Neste MY Renewable Diesel, продаваемый в Северной Америке, имеет цетановое число 75-85.

Добавки

Алкилнитраты (в основном 2-этилгексилнитрат) и ди- трет- бутилпероксид используются в качестве добавок для повышения цетанового числа.

Альтернативные виды топлива

Биодизельное топливо из источников растительного масла имеет диапазон цетанового числа от 46 до 52, а цетановое число биодизельного топлива на основе животного жира - от 56 до 60. Диметиловый эфир является потенциальным дизельным топливом, поскольку он имеет высокое цетановое число (55- 60) и может производиться как биотопливо . В качестве дизельного топлива можно использовать самые простые эфиры, в том числе жидкие, такие как диэтиловый эфир , хотя смазывающая способность может вызывать беспокойство.

Химическая значимость

Цетан - это углеводород с химическими формулами C 16 H 34 и CH 3 (CH 2 ) 14 CH 3 . Названный н-гексадеканом, это неразветвленный насыщенный алкан . Цетан воспламеняется с короткой задержкой при сжатии, и ему присвоено цетановое число 100. Альфа-метилнафталину , который имеет длительный период задержки, было присвоено цетановое число 0, но он был заменен в качестве эталонного топлива на 2,3, 4,5,6,7,8-гептаметилнонан , цетановое число которого равно 15. Все другие углеводороды в дизельном топливе индексируются по цетану в зависимости от того, насколько быстро они воспламеняются при сжатии, то есть в условиях дизельного двигателя . Поскольку сотни компонентов составляют дизельное топливо, общее цетановое число этого топлива является средним цетановым качеством всех компонентов. Компоненты с высоким цетановым числом имеют непропорциональное влияние, поэтому используются добавки с высоким цетановым числом.

Измерение цетанового числа

Цетановое число довольно сложно точно измерить, поскольку для этого требуется специальный дизельный двигатель, называемый двигателем Cooperative Fuel Research (CFR). В стандартных условиях испытаний оператор двигателя CFR использует маховик для увеличения степени сжатия (и, следовательно, пикового давления в цилиндре) двигателя до тех пор, пока время между впрыском топлива и зажиганием не составит 2,407 мс. Затем рассчитывается полученное цетановое число, определяя, какая смесь цетана ( гексадекан ) и изоцетана (2,2,4,4,6,8,8-гептаметилнонан) приведет к такой же задержке воспламенения.

Тестер качества зажигания (IQT)

Еще один надежный метод измерения производного цетанового числа (DCN) дизельного топлива - это тестер качества зажигания (IQT). Этот прибор применяет более простой и надежный подход к измерению CN, чем CFR. Топливо впрыскивается в камеру сгорания постоянного объема при температуре около 575 ° C и давлении 310 фунтов на кв. Дюйм (21 бар). Время между началом впрыска и восстановлением давления в камере сгорания до 310 фунтов на квадратный дюйм (21 бар) определяется как задержка воспламенения. Эта измеренная задержка воспламенения затем используется для расчета DCN топлива. Затем рассчитывается DCN топлива с использованием эмпирической обратной зависимости от задержки воспламенения. Из-за воспроизводимости, стоимости материалов и скорости IQT, с конца 2000-х годов он стал решающим источником для измерений топлива DCN.

Тестер зажигания топлива

Еще один надежный метод измерения производного цетанового числа дизельного топлива - это тестер воспламенения топлива (FIT). Этот прибор применяет более простой и надежный подход к измерению CN, чем CFR. Топливо впрыскивается в камеру сгорания постоянного объема, в которой температура окружающей среды составляет приблизительно 575 ° C. Топливо сгорает, и высокая скорость изменения давления в камере определяет начало сгорания. Затем можно рассчитать задержку воспламенения топлива как время, прошедшее между началом впрыска топлива и началом сгорания. Затем производное цетановое число топлива можно рассчитать, используя эмпирическую обратную зависимость от задержки воспламенения.

Цетановый индекс

Другой метод контроля качества потребителями топлива - использование цетанового индекса (CI), который представляет собой расчетное число, основанное на плотности и диапазоне дистилляции топлива. Существуют различные версии этого, в зависимости от того, используются ли метрические или британские единицы измерения, и сколько точек перегонки используется. В наши дни большинство нефтяных компаний используют «4-точечный метод», ASTM D4737, основанный на плотности, температурах извлечения 10%, 50% и 90%. «2-точечный метод» определен в ASTM D976 и использует только плотность и температуру восстановления 50%. Этот 2-балльный метод имеет тенденцию к завышению цетанового индекса и не рекомендуется. Расчеты цетанового индекса не могут учитывать добавки, повышающие цетановое число, и, следовательно, не измеряют общее цетановое число для дизельного топлива с добавками. Работа дизельного двигателя в первую очередь связана с фактическим цетановым числом, а цетановый индекс - это просто оценка базового (без добавления) цетанового числа.

Отраслевые стандарты

Отраслевые стандарты для измерения цетанового числа: ASTM D613 (ISO 5165) для двигателя CFR, D6890 для IQT и D7170 для FIT.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки